CN102495385A - 浪涌发生器校准系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浪涌发生器校准系统及其校准方法，该系统包括浪涌发生器校准电路和通过互联电缆连接浪涌发生器校准电路的计算机；浪涌发生器校准电路包括浪涌发生器和示波器；所述计算机中设有设置浪涌发生器、提取示波器数值的自动校准模块。本发明既可以校准发生器输出端口参数，也可以校准两种不同CDN的EUT输出端口参数，可系统客观地评价浪涌发生器的各项参数；可以自动完成开路电压和短路电流等参数校准过程，提高了试验效率，降低了随机误差的产生，有效保障了校准质量。

Description

浪涌发生器校准系统及校准方法

【技术领域】

本发明涉及电磁兼容试验技术领域，特别涉及电磁抗扰度试验中所用浪涌发生器的校准系统和校准方法。

【背景技术】

雷击(或操作)浪涌试验是电气电子设备电磁兼容试验项目的主要内容之一，而电磁兼容试验已纳入国家强制性认证范畴。浪涌发生器是实施浪涌试验的主要标准器，为了保证浪涌发生器的质量及使用过程中的准确、可靠，对它进行科学有效地校准是非常必要的。因此，研究浪涌发生器的校准方法，并设计相应的自动校准系统，就显得尤为重要。

结合有关国际和国家标准，本专利提出了对浪涌发生器的校准方法，并研制满足该校准方法的自动校准系统，以提高校准过程的质量和效率。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种浪涌发生器校准系统及校准方法，以提高校准过程的质量和效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种浪涌发生器校准系统，包括浪涌发生器校准电路和通过互联电缆连接浪涌发生器校准电路的计算机；浪涌发生器校准电路包括浪涌发生器和示波器；所述计算机中设有设置浪涌发生器、提取示波器数值的自动校准模块。

本发明进一步的改进在于：所述自动校准模块包括校准线路配置模块，所述校准线路配制模块用于将浪涌发生器校准电路配制成第一开路电压波形校准电路、第二开路电压波形校准电路、第三开路电压波形校准电路、第一短路电流波形校准电路、第二短路电流波形校准电路或第三短路电流波形校准电路；

所述第一开路电压波形校准电路包括浪涌发生器、开路电阻、示波器和高压探头；开路电阻串入浪涌发生器的输出回路，高压探头配合示波器提取开路电阻的端电压；

所述第二开路电压波形校准电路包括浪涌发生器、第一耦合网络、开路电阻、示波器和高压探头；第一耦合网络和开路电阻串入浪涌发生器的输出回路，高压探头配合示波器提取开路电阻的端电压；

所述第三开路电压波形校准电路包括浪涌发生器、第二耦合网络、开路电阻、示波器和高压探头；第二耦合网络和开路电阻串入浪涌发生器的输出回路，高压探头配合示波器提取开路电阻的端电压；

所述第一短路电流波形校准电路包括浪涌发生器、示波器和电流探头；浪涌发生器的输出回路采用导线直接短接，电流探头配合示波器提取浪涌发生器输出端的短路电流值；

所述第二短路电流波形校准电路包括浪涌发生器、第一耦合网络、示波器和电流探头；浪涌发生器的输出端接入第一耦合网络后直接短接，电流探头配合示波器提取第一耦合网络输出端的短路电流值；

所述第三短路电流波形校准电路包括浪涌发生器、第二耦合网络、示波器和电流探头；浪涌发生器的输出端接入第二耦合网络后直接短接，电流探头配合示波器提取第二耦合网络输出端的短路电流值；

第一耦合网络为两个相互并联的电容，第二耦合网络为两个相互串联的电容和电阻。

本发明进一步的改进在于：第一耦合网络中的两个电容的大小均为9μF；第二耦合网络中的电容为9μF，电阻为10Ω；开路电阻≥10kΩ，瞬时耐压≥6kV；示波器的带宽≥400MHz；高压探头的衰减比例为1000∶1；电流探头的耦合系数为100A/V。

本发明进一步的改进在于：准线路配置模块通过控制浪涌发生器校准电路中相应的开关将浪涌发生器校准电路配制成第一开路电压波形校准电路、第二开路电压波形校准电路、第三开路电压波形校准电路、第一短路电流波形校准电路、第二短路电流波形校准电路或第三短路电流波形校准电路。

本发明进一步的改进在于：所述自动校准模块还包括提取浪涌发生器和示波器数据并进行处理、按照标准进行符合性比较，最后形成原始记录的数据处理模块。

本发明进一步的改进在于：所述自动校准模块还包括用于设置浪涌发生器参数、示波器参数、校准元件参数、校准所依据的标准参数的参数设置模块。

本发明进一步的改进在于：所述自动校准模块还包括用于对浪涌发生器校准电路的仪器进行程序控制的仪器程序控制模块；该仪器程序控制模块包括控制总线库模块、示波器驱动库模块、浪涌发生器驱动库模块和仪器互换控制模块。

本发明进一步的改进在于：所述自动校准模块还包括用于对校准过程进行控制的校准流程控制模块；所述校准流程控制模块包括校准线路配置模块、校准流程配置模块、程控仪器控制模块和校准过程控制模块。

一种浪涌发生器校准系统的校准方法，包括以下步骤：

自动校准模块的校准线路配制模块将浪涌发生器校准电路配制成第一开路电压波形校准电路、第二开路电压波形校准电路、第三开路电压波形校准电路、第一短路电流波形校准电路、第二短路电流波形校准电路或第三短路电流波形校准电路；

自动校准模块提取浪涌发生器和示波器数据并进行处理、按照标准进行符合性比较，最后形成原始记录输出。

本发明具有以下有益效果：

1.提出了科学合理的浪涌发生器校准方法，既可以校准发生器输出端口参数，也可以校准两种不同CDN的EUT输出端口参数，可系统客观地评价浪涌发生器的各项参数。

2.提出了三套开路电压试验线路和三套短路电流试验线路，既考虑了试验的可实现性，又保证了对相关标准的符合性，为科学客观地校准浪涌器参数奠定了良好的技术基础。

3.研制出了校准系统，可以自动完成开路电压和短路电流等参数校准过程，提高了试验效率，降低了随机误差的产生，有效保障了校准质量。

4.自动校准模块可完成从参数设置、仪器程序控制、校准流程控制和数据处理等功能，支持多种程控总线和国内外主流仪器，具有良好的兼容性，从而大大提高了自动校准系统的普适性。

【附图说明】

图1为带CDN的试验配置框图；

图2a)、图2b)和图2c)为三种开路电压波形校准原理图；

图3a)、图3b)和图3c)为三种短路电流波形校准原理图；

图4a)和图4b)分别为开路电压和短路电流自动校准原理图；

图5为自动校准系统框图。

图中：1为去耦网络，其中C3、C4、C5为去耦电容，L1、L2为去耦电感；2为耦合网络，其中C1、C2为耦合电容，C1＝C2＝9μF；3为浪涌发生器；4为被测件；5为开路电阻(≥10kΩ，瞬时耐压≥6kV)；6、为示波器(带宽≥400MHz)；7为高压探头(1000∶1)；8为耦合网络，其中电阻R2＝10Ω；9为电流探头(耦合系数100A/V)；10为自动校准模块；11为计算机；12为互联电缆(RS-232电缆、G PIB电缆、LAN电缆或USB电缆)。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

表征浪涌发生器的主要参数有以下三类：①开路电压，②短路电流，③输出阻抗。试验中，一般需要在浪涌发生器的输出端连接一个耦合网络(简称CDN)，通过CDN的被试设备(EUT)端口与EUT相连，如图1所示。若将图1中的“9μF+9μF”耦合电容(即C1+C2)更换为“9μF+10Ω”耦合阻抗，就成为另一种试验配置；整个试验中，耦合网络的配置即这两种要求。结合上述对试验配置的分析，对浪涌发生器的校准需要包括以下三种端口：①浪涌发生器的输出端口，②浪涌发生器经“9μF+9μF”耦合电容后的输出端口，③浪涌发生器经“9μF+10Ω”后的输出端口。

对于每一种待校准端口，需要校准的参数有六个：开路电压幅值、开路电压上升时间、开路电压持续时间、短路电流幅值、短路电流上升时间、短路电流持续时间，另外，对浪涌发生器的输出端口，还需多校准三个参数：过冲电压、过冲电流及输出阻抗。按照有关国际和国家标准，开路电压值包括0.5kV、1kV、2kV、4kV四个等级为必须校准项目，校准内容包括上述所有参数，其余电压等级，根据实际情况需要选定。

图1表明了通过耦合网络2(CDN)将浪涌发生器3产生的浪涌信号耦合到被测件4(EUT)输入电源线上的配置；其中，耦合网络2中的耦合电容C1、C2的大小均为9μF，模拟了差模耦合阻抗，如果将耦合网络2由耦合网络8替换，则将耦合阻抗更换为C1、R2(9μF+10Ω)，模拟了共模耦合阻抗。试验中，浪涌发生器3的浪涌信号通过耦合网络2耦合到被测件4的输入电源上，为了防止浪涌发生器3中的浪涌信号反串入电源网络，采用去耦网络1将被测件4和电源网络进行了隔离。根据这种测试配置，需要校准的端口为浪涌发生器3的输出端口，CDN2的9μF+9μF输出端口，CDN8的9μF+10Ω输出端口，以分别校准浪涌发生器3和EUT 4的质量及量值传递状况，该图是提出后续校准方法的基础。

图2给出了校准开路电压波形的三种配置，该试验线路的主要功能是模拟被试端口的开路情况，因此配置了一个阻抗不低于10kΩ的电阻器5作为开路负载，很好地解决了试验中的开路问题，也提供了一个校准基准；通过这三种配置，可以分别获得浪涌发生器3、耦合网络2和耦合网络8对应端口的近似开路电压，具体实现过程是：①图2a)——浪涌发生器3的输出回路中串入开路电阻5，形成一个近似开路的试验回路，高压探头7配合示波器6提取开路电阻5的端电压，作为浪涌发生器3的近似开路电压，这种配置下获得的开路电压就是浪涌发生器3的输出端口电压。②图2b)——浪涌发生器3、耦合网络2、开路电阻5形成一个近似开路的试验回路，高压探头7配合示波器6提取开路电阻5的端电压，作为耦合网络2的EUT端口近似开路电压。③图2c——浪涌发生器3、耦合网络8、开路电阻5形成一个近似开路的试验回路，高压探头7配合示波器6提取开路电阻5的端电压，作为耦合网络8的EUT端口近似开路电压。

图3给出了校准短路电流波形的三种配置，通过这三种配置，可以分别获得浪涌发生器3、耦合网络2和耦合网络8对应端口的短路电流，具体实现过程是：①图3a)——浪涌发生器3的输出回路采用一根导线直接短接，实现了完全的外电路短路(若某些浪涌发生器外电路不能直接短路，可以采用不超过0.1欧姆的高压电阻串接到外电路中，模拟短路线路)，很好地满足了端口校准要求；电流探头9配合示波器6提取浪涌发生器3输出端的短路电流值。②图3b)——浪涌发生器3的输出端接入耦合网络2后直接短接，形成一个包含9μF+9μF耦合网络的短路回路，电流探头9配合示波器6提取耦合网络2的EUT端口短路电流值。③图3c——浪涌发生器3的输出端接入耦合网络8后直接短接，形成一个包含9μF+10Ω耦合网络的短路回路，电流探头9配合示波器6提取耦合网络8的EUT端口短路电流值。关于输出阻抗，采用前面两种试验线路测得的开路电压和对应的短路电流，依据暂态电路相关算法计算得到。

按照上述的校准要求，需要校准的参数上百个，而且大多数参数需要通过手工计算并反复调节仪器才能获得，使得试验过程繁琐，效率低下，且容易引入随机误差。另外，在相关国标中，对于开路电压和短路电流的波形参数，既给出了按照GB/T16927.1的定义(即波前时间和半峰值时间)，又给出了IEC60469-1的定义(即10％～90％上升时间和50％～50％持续时间)，若按照IEC60469-1的定义，手工测试较为方便；若采用GB/T16927.1的定义，用手工测试很难在仪器屏幕上直接测得，需要计算机辅助绘制直线，在辅助直线的帮助下才能得到需要的值，而示波器目前还不支持这样的绘图功能。

针对这些需求，本发明研制出了一套浪涌发生器自动校准系统，如图4所示，包括开路电压自动测试子系统和短路电流自动测试子系统。利用系统中配置的计算机和自动校准模块10，设置浪涌发生器和测试仪器的参数、自动读取仪器数值，并按照相关国标和国际标准进行数据处理，自动形成校准所需要的原始记录(或报表)。这样，既科学地执行了前述校准方法，降低了随机误差，也大大提高了校准效率。

请参阅图4所示，图4a和图4b分别为开路电压和短路电流自动校准原理图，计算机11通过互联电缆12连接浪涌发生器3和示波器6。

请参阅图5所示，计算机11中设有接浪涌发生器自动校准模块10，其包括：①参数设置模块：该模块主要用于设置校准所需要的各种参数，包括浪涌发生器参数、示波器参数、校准元件参数(如开路电阻、CDN)、校准所依据的标准参数等；②仪器程序控制模块：该模块用于对仪器的程序控制，且能兼容国内外主流同类仪器，包括下述四个二级模块：控制总线库模块(兼容的总线有RS-232、GPIB、USB及LAN等)、示波器驱动库模块(兼容安捷伦、泰克和力科等厂家多种类型的示波器)、浪涌发生器驱动库模块(兼容瑞士TESEQ、EM TEST、HAEFELY，国内三基、3C TEST等产品)、仪器互换控制模块(采用IVI-COM软件技术实现上述仪器的互换)。③校准流程控制模块：该模块用于对校准过程相关活动的控制，包括下述四个二级模块：校准线路配置模块(用于通过控制相应开关的开或关，选择采用图2或图3中六个线路中的哪一个，并配置有关元件参数)、校准流程配置模块(配制需要校准的电压等级及校准顺序)、程控仪器控制模块(用于对程控仪器的指令控制)、校准过程控制模块(用于启动校准过程，完成校准活动)。④数据处理模块：该模块用于对提取到的浪涌发生器和示波器数据进行处理，按照标准进行符合性比较，最后形成原始记录(或报表)。

自动校准模块10经过计算机11和互联电缆12，可以控制浪涌发生器3和示波器6，自动完成参数设置、控制校准过程、提取测试数据，并按照相关国家和国际标准进行数据处理，输出原始记录(或报表)。

Claims (9)

1.一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，包括浪涌发生器校准电路和通过互联电缆(12)连接浪涌发生器校准电路的计算机(11)；浪涌发生器校准电路包括浪涌发生器(3)和示波器(6)；所述计算机(11)中设有设置浪涌发生器(3)、提取示波器(6)数值的自动校准模块(10)。

2.根据权利要求1所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，所述自动校准模块(10)包括校准线路配置模块，所述校准线路配制模块用于将浪涌发生器校准电路配制成第一开路电压波形校准电路、第二开路电压波形校准电路、第三开路电压波形校准电路、第一短路电流波形校准电路、第二短路电流波形校准电路或第三短路电流波形校准电路；

所述第一开路电压波形校准电路包括浪涌发生器(3)、开路电阻(5)、示波器(6)和高压探头(7)；开路电阻(5)串入浪涌发生器(3)的输出回路，高压探头(7)配合示波器(6)提取开路电阻(5)的端电压；

所述第二开路电压波形校准电路包括浪涌发生器(3)、第一耦合网络(2)、开路电阻(5)、示波器(6)和高压探头(7)；第一耦合网络(2)和开路电阻(5)串入浪涌发生器(3)的输出回路，高压探头(7)配合示波器(6)提取开路电阻(5)的端电压；

所述第三开路电压波形校准电路包括浪涌发生器(3)、第二耦合网络(8)、开路电阻(5)、示波器(6)和高压探头(7)；第二耦合网络(8)和开路电阻(5)串入浪涌发生器(3)的输出回路，高压探头(7)配合示波器(6)提取开路电阻(5)的端电压；

所述第一短路电流波形校准电路包括浪涌发生器(3)、示波器(6)和电流探头(9)；浪涌发生器(3)的输出回路采用导线直接短接，电流探头(9)配合示波器(6)提取浪涌发生器(3)输出端的短路电流值；

所述第二短路电流波形校准电路包括浪涌发生器(3)、第一耦合网络(2)、示波器(6)和电流探头(9)；浪涌发生器(3)的输出端接入第一耦合网络(2)后直接短接，电流探头(9)配合示波器(6)提取第一耦合网络(2)输出端的短路电流值；

所述第三短路电流波形校准电路包括浪涌发生器(3)、第二耦合网络(8)、示波器(6)和电流探头(9)；浪涌发生器(3)的输出端接入第二耦合网络(8)后直接短接，电流探头(9)配合示波器(6)提取第二耦合网络(8)输出端的短路电流值；

第一耦合网络(2)为两个相互并联的电容，第二耦合网络(8)为两个相互串联的电容和电阻。

3.根据权利要求2所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，第一耦合网络(2)中的两个电容的大小均为9μF；第二耦合网络(8)中的电容为9μF，电阻为10Ω；开路电阻(5)≥10kΩ，瞬时耐压≥6kV；示波器(6)的带宽≥400MHz；高压探头(7)的衰减比例为1000∶1；电流探头(9)的耦合系数为100A/V。

4.根据权利要求2所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，准线路配置模块通过控制浪涌发生器校准电路中相应的开关将浪涌发生器校准电路配制成第一开路电压波形校准电路、第二开路电压波形校准电路、第三开路电压波形校准电路、第一短路电流波形校准电路、第二短路电流波形校准电路或第三短路电流波形校准电路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，所述自动校准模块(10)还包括提取浪涌发生器(3)和示波器(6)数据并进行处理、按照标准进行符合性比较，最后形成原始记录的数据处理模块。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，所述自动校准模块(10)还包括用于设置浪涌发生器参数、示波器参数、校准元件参数、校准所依据的标准参数的参数设置模块。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，所述自动校准模块(10)还包括用于对浪涌发生器校准电路的仪器进行程序控制的仪器程序控制模块；该仪器程序控制模块包括控制总线库模块、示波器驱动库模块、浪涌发生器驱动库模块和仪器互换控制模块。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的一种浪涌发生器校准系统，其特征在于，所述自动校准模块(10)还包括用于对校准过程进行控制的校准流程控制模块；所述校准流程控制模块包括校准线路配置模块、校准流程配置模块、程控仪器控制模块和校准过程控制模块。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的一种浪涌发生器校准系统的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

自动校准模块(10)的校准线路配制模块将浪涌发生器校准电路配制成第一开路电压波形校准电路、第二开路电压波形校准电路、第三开路电压波形校准电路、第一短路电流波形校准电路、第二短路电流波形校准电路或第三短路电流波形校准电路；

自动校准模块(10)提取浪涌发生器(3)和示波器(6)数据并进行处理、按照标准进行符合性比较，最后形成原始记录输出。

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